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CN108502083B - 一种适合多坡地形的蓄能液压自行车 - Google Patents

一种适合多坡地形的蓄能液压自行车 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适合多坡地形的蓄能液压自行车，可以根据坡度情况自动调节变量马达的排量，继而调整回路内部的液压，使脚蹬出力处于合理范围内；另外，该设计利用蓄能器储存下坡的势能，在上坡的时候释放能量，其能量的转换效率可高达90％以上。同时液压自行车自身行驶速度便可达的速度，无能源损耗、无废气、嗓音污染，行驶效率高，结构合理，能做到轻、小、简、廉，易于普及，是绿色环保的交通工具。

Description

一种适合多坡地形的蓄能液压自行车
技术领域
本发明涉及自行车，具体是一种蓄能液压自行车。
背景技术
重庆地貌以丘陵、山地为主，坡地面积较大，有“山城”之称，极少有平坦的路面，使得骑自行车的人有下坡速度过快，上坡费力的不好体验；而目前市场上的电动自行车能够在上坡的时候提供动力，但是下坡速度极快，上坡存在动力不足的情况，同时消耗电力；而摩托车虽然能适应重庆的地形提高路面车辆流通率，但它对能源的消耗，废气、噪声对环境的污染十分严重，且对驾驶技术要求高、昂贵价格。因此，一种可以实现能量回收的液压自行车是该地区的较好选择。
现有的自行车在复杂地形中，存在着骑行费力、颠簸剧烈等问题；同时，在频繁的下坡制动中，制动能量无法利用，刹车片也容易因过热而失灵。
发明内容
本发明的目的是解决复杂地形（山地、大起伏路面）中自行车存在的问题，提供一种适合多坡地形的蓄能液压自行车，自行车主体部分包括安装在自行车车架上的脚蹬、车把、自行车前轮、自行车后轮和座椅。
其特征在于: 所述自行车后轮由安装在车架上的液压马达驱动。液压泵安装在自行车车架上。所述的两个脚蹬的回转轴通过单向传动的棘轮机构安装在液压泵的转轴上。
液压泵的出油口通过管路分别连接单向阀I的A口、二位二通随动阀的A口、二位四通随动换向阀的P口、单向阀II的B口。
单向阀I的B口通过管路连接蓄能器的油口、二位二通随动阀的A口、溢流阀的P口。
溢流阀的T口通过管路连接油箱和二位二通随动阀的P口。
二位四通随动换向阀的A口和B口通过管路分别连接液压马达的进油口和出油口。
二位四通随动换向阀的T口通过管路连接单向阀II的A口、二位二通阀的P口，液压泵1的吸油口。
二位二通阀的A口通过管路连接油箱。
进一步，液压马达的输出轴与后轮的主动轴机械连接。单向阀I、单向阀II布置在自行车前侧车架上。二位二通随动阀和二位四通随动阀布置在车把上，可以通过手动调节。蓄能器布置在车把下方的车架上。溢流阀布置在自行车后侧的车架上。所述二位二通阀是布置在座椅下方的弹簧复位式二位二通阀，，当人处于座椅上时，在人的压力作用下，二位二通阀打开，油箱和大气接通，同时接入油路。当人离开座椅时，二位二通阀在复位弹簧作用下关闭，油箱既不与大气接通，也不接入油路。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，该液压自行车利用蓄能器储存下坡的势能，在上坡的时候释放能量，其能量的转换效率可高达90%以上，远高于30%左右的发电效率。同时液压自行车自身行驶速度便可达28〜30km/h的速度，无能源损耗、无废气、嗓音污染，行驶效率高，结构合理，能做到轻、小、简、廉，易于普及，是绿色环保的交通工具。
附图说明
图1：液压原理图；
图2：结构简图；
图中：液压泵1、单向阀I2、蓄能器3、二位二通随动阀4、溢流阀5、二位四通随动换向阀6、液压马达7、二位二通阀8、油箱9、单向阀II10、脚蹬11、车把12、棘轮机构13、自行车后轮14、座椅15。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种适合多坡地形的液压自行车，自行车主体部分包括安装在自行车车架上的脚蹬11、车把12、棘轮机构13、自行车后轮14、座椅15。
其中，车把12、自行车前轮和座椅15的安装方式与脚踏的普通自行车相同。座椅15下方的杆件为活动安装。脚蹬11不是采用链条传动来驱动自行车后轮14，而是将自行车后轮14由安装在车架上的液压马达7驱动。液压泵1安装在自行车车架上。所述液压泵1的转轴贯穿液压泵两侧。两个所述的脚蹬11通过单向传动的棘轮机构13安装在液压泵1的转轴两端。脚蹬11只能够带动转轴向一个方向旋转。
参见图1，液压泵1的出油口通过管路分别连接单向阀I2的A口、二位二通随动阀4的A口、二位四通随动换向阀6的P口、单向阀II10的B口。
单向阀I2的B口通过管路连接蓄能器3的油口、二位二通随动阀4的P口、溢流阀5的P口。实施例中，优选气囊式折合形蓄能器。这种蓄能器具有惯性小，反应灵敏结构紧凑，尺寸小，重量轻，安装方便的特点。折合式适合于蓄能，波纹形适合于吸收压力冲击。其工作压力为3.5~35MPa，容量范围为0.16~35L，温度范围为-10~65℃。
溢流阀5的T口通过管路连接油箱9和二位二通随动阀4的P口。
二位四通随动换向阀6的A口和B口通过管路分别连接液压马达7的进油口和出油口；
二位四通随动换向阀6的T口通过管路连接单向阀II10的A口、二位二通阀8的P口，液压泵1的吸油口；
二位二通阀8的A口通过管路连接油箱9；
实施例2：
本实施例的主要结构同实施例1，进一步：参见图2，单向阀I2、单向阀II10等液压元件布置在自行车前侧车架上。二位二通随动阀4和二位四通随动阀6布置在车把上，可以通过手动调节；蓄能器3布置在车把下方的车架上。溢流阀5布置在自行车后侧的车架上。
值得说明的是，根据液压原理图1，该自行车具有正常行驶和蓄能两种行驶状态，同时油箱9具有防漏功能和液压制动功能。
一、当正常骑行状态：
手动调节二位二通随动阀4至左位。
手动调节二位四通随动换向阀6至任意位置，满足正常行驶时液压油从P口流向T口即可。
液压油经液压泵1的压油口，经过二位四通随动换向阀6，驱动液压马达7，之后又经过二位四通随动换向阀6，流回油箱9。
二、蓄能状态（当处于下坡时）：
手动调节二位二通随动阀4至右位。
手动调节二位四通随动换向阀6至与正常行驶相反的位置，使液压油从T口流向P口。
此时，液压马达7实质上作为液压泵，将液压油经过二位四通随动换向阀6、单向阀I2泵入蓄能器3中，对能量进行回收。当蓄能器3中压力过高时，液压油又经过溢流阀5流回油箱。由于这里液压马达7作为动力源，而液压马达7又与自行车后轴刚性连接，故能起到液压制动的作用。
实施例3：
本实施例的主要结构同实施例2，进一步：
二位二通阀8是布置在座椅15下方的弹簧复位式二位二通阀。当人处于座椅15上时，在人的压力作用下，二位二通阀8打开，油箱9和大气接通，同时接入油路。当人离开座椅时，二位二通阀8在复位弹簧作用下关闭，油箱9既不与大气接通，也不接入油路。
本系统的二位二通阀8为补油元件，以增加行驶着的体验舒适度。本系统以大气作动力的补油动力，解决闭合油路内因产生真空度，破坏流体的连续性所带来的不舒适的“脱链”感觉。当人坐在座椅15时，人体重量使二位二通阀8处于开启状态，油箱9同时与大气和油路接通，若果此时油管中瞬时出现真空，油箱9中的油可以通过二位二通阀8进入油路中。当人离开座椅15时，二位二通阀8在复位弹簧的作用下自动关闭，油箱9不与大气或油路接通，可以防止人离开自行车时因各种原因造成液压油泄漏。
脚蹬11与定量液压泵1通过棘轮13连接，当脚蹬不能提供动力时，液压泵1不再跟随脚蹬11转动。此时液压油流经二位二通阀8、二位四通随动阀6、液压马达7构成回路，可减小能量消耗。
实施例4：
本实施例的主要结构同实施例2，进一步，对性能参数与元件进行选型，如下表：
1.马达和泵的选择：在一般的平坦地区，最大阻力扭矩约Tm=80Nm，根据Tm=pVm，马达排量选择Vm=10ml/r，p=8MPa,根据速比 （速比可以根据自己的需求进行选定，此处默认是1），故选择排量Vp为10ml/r的齿轮泵
2.骑车人能输出的最大转矩大约为：。
假设1：骑车人蹬踏曲柄用了体重的力量假设2：此人体重M；假设3：此车的曲柄选择规格最长的，长度L为177.5毫米。则：上述假设条件下的转矩为 。让人感到舒适的扭矩为10~50N.m。根据/>,求得此范围内液压回路压强。
3.蓄能器的选择：
变量说明：p2为最大压强，p1为最小压强，p0为充气压力；蓄能器的容量为V0；释放的油量为
实际上蓄能器的工作过程属于多变过程，储油时，气体压缩为等温过程，放油时气体膨胀为绝热过程，多变指数一般设置在1.25.
根据气体状态方程：
从而求得蓄能器容量： 其中p0约为0.8p2
使用蓄能器释放能量自行车自动行驶的路程为s： （约为40cm）可通过调整回路的压强和蓄能器的容积开达到释放能量时行驶的路程要求。
4.坡度和转矩的关系:人车重量M，根据受力平衡可得关系式子：
p2为蓄能器的最大压强
故能上的坡度: 其中D为车轮直径（约为40cm）。
在不使用蓄能器释放能量的情况下能上的最大的坡度为： 。

Claims (1)

1.一种适合多坡地形的蓄能液压自行车，自行车主体部分包括安装在所述自行车车架上的脚蹬（11）、车把（12）、自行车前轮、自行车后轮（14）和座椅（15）；
其特征在于: 所述自行车后轮（14）由安装在车架上的液压马达（7）驱动；液压泵（1）安装在自行车车架上；所述液压泵（1）的转轴贯穿液压泵两侧；两个所述脚蹬（11）的回转轴通过单向传动的棘轮机构（13）安装在液压泵（1）的转轴上；
液压泵（1）的出油口通过管路分别连接单向阀I（2）的A口、二位二通随动阀（4）的A口、二位四通随动换向阀（6）的P口、单向阀II（10）的B口；
单向阀I（2）的B口通过管路连接蓄能器（3）的油口、二位二通随动阀（4）的P口、溢流阀（5）的P口；
溢流阀（5）的T口通过管路连接油箱（9）和二位二通随动阀（4）的P口；
二位四通随动换向阀（6）的A口和B口通过管路分别连接液压马达（7）的进油口和出油口；
二位四通随动换向阀（6）的T口通过管路连接单向阀II（10）的A口、二位二通阀（8）的P口，液压泵（1）的吸油口；
二位二通阀（8）的A口通过管路连接油箱（9）；液压马达（7）的输出轴与后轮（14）的主动轴机械连接；单向阀I（2）和单向阀II（10）布置在自行车前侧车架上；二位二通随动阀（4）和二位四通随动阀（6）布置在车把上，可以通过手动调节；蓄能器（3）布置在车把（12）下方的车架上；溢流阀（5）布置在自行车后侧的车架上；
所述二位二通阀（8）是布置在座椅（15）下方的弹簧复位式二位二通阀，当人处于座椅上时，在人的压力作用下，二位二通阀（8）打开，油箱（9）和大气接通，同时接入油路；当人离开座椅时，二位二通阀（8）在复位弹簧作用下关闭，油箱（9）既不与大气接通，也不接入油路。
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